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UNIVERSIDAD PRIVADA DEL VALLE

NOMBRE:

DENNIS ARIAS GUTIERREZ

ASIGNATURA:

MECANICA DE SUELOS II

DOCENTE: ING. RODOLFO ALIAGA

FECHA:

21/06/2020 LA PAZ - BOLIVIA

2020

RESISTENCIA A LA RUPTURA DEL SUELO POR EL MÉTODO DEL PENETRÓMETRO DE BOLSILLO 1. INTRODUCCION El ensayo del penetrómetro de bolsillo fue desarrollado en un principio para ser utilizado por el personal de campo encargado de comprobar visualmente la clasificación de los suelos. Existe una estrecha relación entre las lecturas proporcionadas por la escala del penetrómetro y el tipo de suelo. El penetrómetro de bolsillo es un instrumento portátil para determinar rápidamente la resistencia del suelo a esfuerzos de compresión. El Penetrómetro de bolsillo se utiliza específicamente para determinar la resistencia a la penetración de las capas superiores del suelo (profundidad de medición 5 mm) y de muestras en el campo o en el laboratorio. Rango de medición 0,5 MPa. El Penetrómetro de bolsillo se compone de una carcasa, un muelle, una punta de penetración plana, de un anillo deslizante y una escala. Al presionar el Penetrómetro contra el suelo, la punta se encuentra con la resistencia de la fuerza de la tierra. El muelle es comprimido por esta fuerza. El anillo se desliza y nos muestra en la escala la fuerza máxima que ha encontrado. La escala ha sido calibrada de tal manera que la resistencia a la penetración que se ha encontrado puede leerse en él de inmediato.

El Penetrómetro de bolsillo se utiliza específicamente para determinar la resistencia a la penetración de las capas superiores del suelo (profundidad de medición 5 mm) y de muestras en el campo o en el laboratorio. Rango de medición 0,5 MPa. El Penetrómetro de bolsillo se compone de una carcasa, un muelle, una punta de penetración plana, de un anillo deslizante y una escala. Al presionar el Penetrómetro contra el suelo, la punta se encuentra con la resistencia de la fuerza de la tierra. El muelle es comprimido por esta fuerza. El anillo se desliza y nos muestra en la escala la fuerza máxima que ha encontrado. La escala ha sido calibrada de tal manera que la resistencia a la penetración que se ha encontrado puede leerse en él de inmediato. Ventajas Penetrómetro de bolsillo • •

Los conos planos permiten realizar mediciones poco profundas Permite mediciones indicativas sobre las muestras

2. MARCO TEORICO 2.1 Fuerzas que actúan sobre el Terreno: Las solicitaciones a las que está sometido el terreno derivan de un origen fundamental: el campo gravitatorio. No obstante, es tradicional dividirlas en dos clases, en función de la persistencia o no de las mismas. Así, se acostumbran a considerar los siguientes grupos de fuerzas: – Gravitatorias, en sentido estricto, causantes de las acciones derivadas de las masas consideradas permanentes: peso propio del terreno, sobrecarga litostática, empujes de confinamiento, empujes hidrostáticos… – Cargas externas, generadas por masas cuya actuación se considera variable en el análisis geotécnico: sobrecargas debidas a una cimentación, empujes que se generan por la inestabilidad en un talud, gradientes hidráulicos… En un concepto fundamental tal vez algo simplista, los problemas a resolver en geotecnia se resumen en la determinación de la relación entre las tensiones externas y la deformación del terreno o, llegado al extremo, su capacidad última en rotura. Dado que, también en sentido estricto, el suelo es un material anisótropo, heterogéneo, y cuya deformabilidad no se adecúa al modelo de la elasticidad, el problema podría resultar en exceso complejo para abordar soluciones en la mayoría de los casos cotidianos que debe resolver la ingeniería geológica. Por esta razón es razonable adoptar una aproximación simplificada, y considerar en ciertas ocasiones que el suelo se comporta de forma asimilable al modelo de deformación elástica, que dentro de ciertos límites el suelo puede considerarse homogéneo, y que sus propiedades mecánicas pueden estimarse independientes de la dirección de los esfuerzos aplicados. Muy posiblemente estas tres simplificaciones permitan resolver la gran mayoría de problemas geotécnicos habituales, sin que el error que de las mismas se deriva penalice de forma sensible la seguridad de la obra o el coste de la misma. [2]

2.2 Resistencia al corte de los suelos: criterio de Mohr – Coulomb, ángulo de rozamiento y cohesión: Tal vez la contribución más relevante de Charles A. de Coulomb se relacione con su ámbito de físico teórico al postular la ley de interacción (atracción / repulsión) entre cargas eléctricas; no obstante, el trabajo cotidiano del Coulomb versaba sobre aspectos más mundanos del conocimiento. Como ingeniero militar participó en el diseño de varias fortalezas, ocupándose de forma reiterada del proyecto de estructuras de contención. Basándose substancialmente en trabajos precedentes de Gullaume Amontons sobre el rozamiento entre sólidos, Coulomb propuso una teoría para explicar la presión de tierras sobre un muro, publicada en 1776, que enfoca el problema de empujes sobre muros considerando que los mismos se pueden asimilar a unas cuñas de falla. El fundamento de dicho trabajo consiste en valorar la resistencia al corte del suelo en base a la siguiente expresión:

Fórmula 1. Expresión del esfuerzo Cortante en el suelo.

o, lo que es lo mismo, que la resistencia del suelo ante el esfuerzo cortante es la suma de su cohesión y del rozamiento en el plano de rotura, y que tal rozamiento viene determinado por el producto de la tensión normal a dicho plano por la tangente del ángulo de rozamiento interno del material. Si bien el concepto cohesión es intuitivamente asimilable, el concepto rozamiento requiere probablemente una pequeña reflexión adicional. Nótese que la fuerza de rozamiento depende de la existencia de una tensión perpendicular a la fuerza tangencial o de corte, y que en caso que dicha fuerza normal fuese nula, el rozamiento sería también nulo (sea cual fuere el ángulo de rozamiento interno). Conviene ahora aclarar de forma sucinta el concepto “ángulo de rozamiento interno”. El postulado general del modelo de Coulomb propone un criterio de rotura que se representa en el plano σ – τ (esfuerzo normal y esfuerzo tangencial respectivamente) por dos rectas que se denominan “rectas de resistencia intrínseca” del suelo, tal como muestra la siguiente figura:

Figura 2. Curvas de resistencia intrínseca del suelo n el eje formado con el esfuerzo normal vs. Esfuerzo Cortante

La combinación de tensiones normales y tangenciales que esté comprendida entre las dos rectas corresponde a un estado de tensiones posible en el que puede encontrarse el suelo. Los puntos que resulten de combinaciones de tensiones situadas en las rectas corresponden al límite de rotura, y los exteriores definirán estados de tensiones más allá del límite de rotura y por lo tanto en los que no puede encontrarse el suelo. Resulta evidente que para un caso en que el valor de la tensión normal (σ) fuera nulo, la fuerza resistente debida al rozamiento sería también nula, y que por lo tanto la única fuerza responsable de la resistencia del suelo sería la cohesión, que toma en consecuencia el valor de la

ordenada en el origen de la gráfica σ – τ. A partir de este punto, el incremento de σ conlleva un incremento directamente proporcional de la resistencia al corte que se suma a la cohesión, y cuyo valor es igual al producto del valor de σ en cada punto por la tangente del ángulo que forma la recta de resistencia intrínseca del suelo con el eje σ. Dicho ángulo se denomina, pues, ángulo de rozamiento interno. Una analogía mecánica sencilla que permite visualizar el significado de este ángulo de rozamiento interno consiste en considerar un plano inclinado de inclinación variable (tal cual el plano de rotura) sobre el cual se dispone un sólido (pongamos de una geometría regular… un paralelepípedo, por ejemplo); partiendo de la horizontal, se incrementa progresivamente el ángulo del plano inclinado hasta que el sólido inicia el deslizamiento:

Figura 4. Diagrama de cuerpo libre que permite entender la aplicación del ángulo de rozamiento interno del suelo como ángulo de fricción

El vector peso puede ser descompuesto en dos vectores en relación al plano: a (paralelo al plano, y correspondiente a la fuerza tangenciáo) y b (perpendicular al mismo, correspondiente a la fuerza normal.) Si a supera a la fuerza de rozamiento (b · tg φ), el cuerpo iniciará el deslizamiento pendiente abajo cuando la inclinación del plano sea i = φ. Esta teoría general de sólidos podemos extenderla a los suelos considerando que el rozamiento entre granos aislados corresponde al ángulo φ. No obstante, la movilización de los granos a pequeña escala no depende solo de su rozamiento mutuo, si no de la traslación necesaria entre las partículas para posibilitar el movimiento relativo de dos masas de suelo que deslizan una respecto a la otra, separadas por una superficie de rotura (debido a lo cual el rozamiento interno del suelo es superior al rozamiento entre partículas). Por esta razón, la forma en la que las partículas que forman el suelo se encuentren dispuestas unas respecto a otras (el empaquetamiento) es un factor fundamental en el valor del rozamiento interno del mismo: cuanto más compacto sea dicho empaquetamiento (y por tanto, cuanto más denso sea el suelo), mayor será su rozamiento interno, y en consecuencia su resistencia al corte.

3 OBJETIVOS 2.1. Objetivo General -

El objetivo de esta práctica es la de determinación de los parámetros de resistencia, cohesión y rozamiento interno mediante un penetrómetro de bolsillo.

2.2. Objetivo Especifico -

Reconocer el penetrómetro de bolsillo y su modo de uso. Seleccionar el área de trabajo de 1 m2 y dividir la misma, de modo que se tengan áreas de 25x25 cm. Realizar 10 hinchamientos en cada una de las áreas seleccionadas. Promediar los resultados leídos.

4 MATERIAL Y EQUIPO 5 Equipos y herramientas:

Material

Equipo Penetrómetro de Bolsillo

Imagen

Descripción Penetrómetro Proctor Tipo Resorte está usado para establecer la relación de resistencia de humedad-penetración de suelos de grano fino. El aparato consiste de un dispositivo para cargar tipo resorte que es graduado de 10 a 150 lbf en subdivisiones de 2 lbf. El Conjunto de agujas para el Penetrómetro Proctor consiste de puntos de agujas intercambiables de 28.55, 24.79, 20.22, 16.54, 12.83, 9.07, 6.40, 5.23, 4.52 mm de diámetro y un estuche de transporte.

Balanza eléctrica de 2610 gr

Herramienta que realiza el pesaje mediante procedimientos que implican sensores. Son de gran precisión y sulen tener un margen de error muy bajo (0.1 gr)

Equipo de Densidad (Aparato del cono de arena)

El Horno empleado en Laboratorio ha sido diseñado para secar asfalto, suelo, roca, concreto, agregado o materiales similares. Modelos disponibles en capacidades de 50, 120, 250, 500 y 750 litros..

Tabla 1. Descripción de los materiales empleados

Material de seguridad

Imagen

Descripción

Guardapolvo o bata

Es una pieza de ropa amplia y larga que sirve en un laboratorio para protegerse de cualquier daño hacia la ropa.

Casco

Un casco es prenda protectora usada en la cabeza, hecha de algún material resistente para la protección de la cabeza contra objetos que caen.

Guantes

El guante de trabajo es una prenda cuya finalidad protegerlas de golpes, rayones o alguna una sustancia dañina.

Tabla 2. Descripción de los materiales de seguridad-empleados

5. PROCEDIMIENTO

➢ Para poder empezar el ensayo hay que ajustar el penetrómetro y colocar la marca en cero. La punta del penetrómetro es de 6.4mm que es equivalente a 1/4 de pulgada. Este penetrómetro tiene una escala que indica directamente la carga específica en kg/cm2 correspondiente a una carga admisible en el suelo de la cimentación.

➢ Una vez hecho esto se selecciona la muestra de suelo de 25x25 cm, encerrada en un metro cuadrado representativo, y se hinca el penetrómetro hasta que el pisador se hunda hasta la marca señalada.

➢ Luego se realizan 10 hinchamientos. ➢ Se toman las lecturas del penetrómetro y se promedian para obtener la resistencia admisible del suelo.

6. CALCULOS Y GRAFICOS 6.1 Datos obtenidos:

DATOS PENETROMETRO DE BOLSILLO LECTURAS A DISTINTOS PUNTOS(Kg/cm2) 1,5 1,95 1,8

1,75 2 2,1

1,85 1,7 1,65

Tabla 3. Datos de la resistencia obtenidos con el penetrometro de bolsillo

6.2 Cálculos Realizados:

Figura 3. Aclaración de que el dato que se calcula no es nada más que el promedio de las lecturas de resistencia obtenidas a distintos puntos

6.3 Resultados:

DATOS PENETROMETRO DE BOLSILLO LECTURAS A DISTINTOS PUNTOS(Kg/cm2) 1,5 1,95 1,8 Promedio

1,75 2 2,1 1,811

1,85 1,7 1,65 Kg/cm2

Tabla 4 – Datos de las lecturas de resistencia a ruptura obtenidos del ensayo y su promedio el cual se usará en planillas

7. RESULTADOS Este ensayo se debe realizar únicamente en suelos cohesivos, inalterados o remoldeados, no se debe realizar este ensayo en suelos que permitan el drenaje

DATOS PENETROMETRO DE BOLSILLO LECTURAS A DISTINTOS PUNTOS(Kg/cm2) 1,5 1,95 1,8 Promedio

1,75 2 2,1 1,811

1,85 1,7 1,65 Kg/cm2

Tabla 4 – Datos de las lecturas de resistencia a ruptura obtenidos del ensayo y su promedio el cual se usará en planillas

8. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 8.1 Conclusiones: Del ensayo de laboratorio se obtuvo una resistencia a la ruptura de 1,811 kg/cm2 lo cual coincide con una resistencia dentro de los parámetros normales de un suelo fino.

𝜏 = 1.811 𝑘𝑔/𝑐𝑚2 Con este ensayo determinamos la resistencia admisible del suelo. Este valor es muy importante en la mecánica de suelos, tanto si el suelo se utiliza como base estructural o para una carretera. Sería recomendable considerar la cohesión del suelo para determinar con anterioridad si el diámetro del penetrómetro a ser utilizado es el adecuado. Se concluye que el penetrómetro es un instrumento utilizado para determinarla capacidad de carga última de un suelo. También podemos concluir que la capacidad de carga ultima de ese suelo en donde se realizó el ensayo fue de 1.811 kg/cm2. 8.2 Recomendaciones: Se recomienda tomar varias lecturas a distintos puntos para así obtener un valor de resistencia a ruptura más homogéneo para el suelo.

9. CUESTIONARIO I.

¿Qué clases de suelos es recomendable el uso del Penetrómetro de Bolsillo? Para suelos con poco contenido de arena, debido a que, en los mismos, su bajo coeficiente de cohesión no permitirá obtener una lectura adecuada en el penetrómetro.

II.

¿Los resultados que se obtienen del penetrómetro en qué unidades están? Se encuentran en Kg/cm2

10. BIBLIOGRAFIA •

http://www.instrumentosysistemas.com/productos_metrologicos/detalles.php?id=314

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http://www.4shared.com/folder/4AFWZ4Vk/Normas_UNE__De_HarrisJose_.html

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Guía de laboratorio de la Univalle AMERICAN STANDARD TESTING MATERIALS ASTM-D 1558 Standard Test Method for Moisture Content Penetration Resistance Relationships of Fine-Grained Soils. Internet. http://www.estudiosgeotecnicos.info/index.php/resistencia-al-corte-de-lossuelos-1-el-criterio-de-rotura-de-mohr-coulomb/

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